DE102010022848A1

DE102010022848A1 - Hydrodynamic coupling

Info

Publication number: DE102010022848A1
Application number: DE102010022848A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2011-12-08
Also published as: US9309891B2; AU2011264108A1; EP2577082A1; CN102939475A; RU2012157300A; CN102939475B; WO2011154109A1; EP2577082B1; RU2573696C2; AU2011264108B2; CA2801622A1; US20130086896A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung – mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden; – mit einem geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf, der sich von dem Arbeitsraum über einen Arbeitsraumaustritt, einen externen Kreislaufzweig und einen Arbeitsraumeintritt zurück in den Arbeitsraum erstreckt; – mit einem außerhalb des Arbeitsraumes und außerhalb des geschlossenen Arbeitsmediumkreislaufes positionierten Vorratsraum, zur Aufnahme von aus dem Arbeitsraum zur Verminderung des Füllungsgrades des Arbeitsraumes ausgeleitetem Arbeitsmedium, welcher über eine arbeitsmediumleitende Verbindung außerhalb des Arbeitsraumes am geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass – der Vorratsraum als gegenüber der Umgebung druckdchluss zur verdrängenden Beaufschlagung des Arbeitsmediums im Vorratsraum mit einem Steuerdruck ausgeführt ist.The invention relates to a hydrodynamic coupling - with a pump wheel and a turbine wheel, which together form a toroidal working space that can be filled with working medium; - With a closed working medium circuit, which extends from the working chamber via a working chamber outlet, an external circuit branch and a working chamber inlet back into the working chamber; - With a storage space positioned outside the working area and outside the closed working medium circuit, for receiving working medium discharged from the working area to reduce the filling level of the working area, which is connected to the closed working medium circuit via a working medium-conducting connection outside the working area. The invention is characterized in that the storage space is designed as a pressure seal with respect to the surroundings for the displacing application of a control pressure to the working medium in the storage space.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a hydrodynamic coupling according to the preamble of claim 1.

Eine solche hydrodynamische Kupplung, wie sie beispielsweise in der Patentschrift DE 197 07 172 C1 beschrieben wird, umfasst ein Pumpenrad und ein Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden. Der Arbeitsraum ist wahlweise mehr oder weniger mit einem Arbeitsmedium befüllbar, um durch Änderung des Füllungsgrades des Arbeitsraumes mit Arbeitsmedium die Leistungsübertragung der hydrodynamischen Kupplung vom Pumpenrad auf das Turbinenrad zu variieren. Eine solche hydrodynamische Kupplung wird daher auch als füllungsgesteuerte hydrodynamische Kupplung bezeichnet.Such a hydrodynamic coupling, as described for example in the patent DE 197 07 172 C1 is described, comprises an impeller and a turbine wheel, which together form a toroidal working space. The working space is optionally more or less filled with a working fluid to vary by changing the degree of filling of the working space with working fluid, the power transmission of the hydrodynamic coupling from the impeller to the turbine wheel. Such a hydrodynamic coupling is therefore also referred to as a filling-controlled hydrodynamic coupling.

Um die variable Befüllung des Arbeitsraumes mit Arbeitsmedium zu ermöglichen, ist ferner außerhalb des Arbeitsraumes ein Vorratsraum vorgesehen, der jenen Anteil von Arbeitsmedium aufnimmt, der bei einem Entleervorgang des Arbeitsraumes aus dem Arbeitsraum ausgetragen wird, beziehungsweise der bei einem Befüllvorgang des Arbeitsraumes noch nicht in den Arbeitsraum eingeleitet wurde. Der Vorratsraum könnte demnach auch als Ausgleichsbehälter bezeichnet werden.In order to allow the variable filling of the working space with working fluid, a reservoir is also provided outside of the working space, which absorbs that proportion of working fluid, which is discharged at an emptying of the working space from the working space, or not in a filling of the working space in the Workroom was initiated. The storage room could therefore also be referred to as a surge tank.

Die vorliegende Erfindung betrifft nur solche hydrodynamische Kupplungen, bei welchen es keine direkte Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem Arbeitsraum gibt, über welche ein Arbeitsmediumaustausch zwischen diesen beiden Räumen stattfindet, sondern bei welchen der Vorratsraum an einem „externen” geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf über eine arbeitsmediumleitende Verbindung angeschlossen ist. Ein solcher geschlossener Arbeitsmediumkreislauf führt das Arbeitsmedium über einen Arbeitsraumaustritt aus dem Arbeitsraum heraus in einen externen Kreislaufzweig und über einen Arbeitsraumeintritt zurück in den Arbeitsraum. Extern bedeutet dabei nicht zwingend, dass der Kreislaufzweig beziehungsweise der geschlossene Arbeitsmediumkreislauf außerhalb der hydrodynamischen Kupplung positioniert ist, sondern er kann auch teilweise oder vollständig innerhalb der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise innerhalb eines die hydrodynamische Kupplung umschließenden Gehäuses angeordnet sein. Der geschlossene Arbeitsmediumkreislauf dient beispielsweise dazu, dass Arbeitsmedium bei Bedarf oder permanent zu kühlen, indem in dem externen Kreislaufzweig ein Wärmetauscher beziehungsweise Kühler angeordnet ist.The present invention relates only to such hydrodynamic couplings, in which there is no direct connection between the reservoir and the working space, via which a working medium exchange between these two spaces takes place, but in which the pantry connected to an "external" closed working fluid circuit via a working medium conductive connection is. Such a closed working medium circuit leads the working medium via a working space outlet out of the working space into an external circulation branch and via a working space entry back into the working space. External does not necessarily mean that the circuit branch or the closed working medium circuit is positioned outside the hydrodynamic coupling, but it can also be partially or completely disposed within the hydrodynamic coupling or within a housing enclosing the hydrodynamic coupling. The closed working medium circuit serves, for example, to cool the working medium as needed or permanently by arranging a heat exchanger or cooler in the external circuit branch.

Eine solche gattungsgemäße hydrodynamische Kupplung wird, wie in der Patentschrift DE 197 07 172 C1 beschrieben wird, herkömmlich dadurch in ihrem Füllungsgrad des Arbeitsraumes gesteuert, dass entweder eine besondere Pumpe zum Füllen der Kupplung vorgesehen ist, mittels welcher das Arbeitsmedium aus dem Vorratsraum in den geschlossenen Kreislauf gepumpt wird, oder indem ein freies Strömen von Arbeitsmedium aus dem Vorratsraum in den geschlossenen Kreislauf ermöglicht wird, indem der Vorratsraum als Hochbehälter ausgeführt ist, das heißt oberhalb der hydrodynamischen Kupplung positioniert ist, sodass beim Öffnen eines entsprechenden Ventils in der arbeitsmediumleitenden Verbindung zwischen dem Vorratsraum und dem geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf das Arbeitsmedium aufgrund der Schwerkraft aus dem Vorratsraum in den geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf und insbesondere unterstützt durch einen niedrigeren Druck an der Zweigstelle einströmt.Such a generic hydrodynamic coupling is, as in the patent DE 197 07 172 C1 is conventionally controlled by their degree of filling of the working space that either a special pump is provided for filling the clutch, by means of which the working fluid is pumped from the storage space in the closed circuit, or by a free flow of working fluid from the storage space in the Closed circuit is made possible by the storage space is designed as a high tank, that is positioned above the hydrodynamic coupling, so that when opening a corresponding valve in the working medium conductive connection between the reservoir and the closed working medium circuit, the working fluid due to gravity from the storage room in the closed Working medium circuit and in particular supports flows through a lower pressure at the branch.

In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass beide genannte Lösungen – Füllpumpe und Hochbehälter – Nachteile aufweisen. Die Füllpumpe arbeitet zwar in jeder denkbaren Situation zuverlässig, benötigt jedoch zusätzliche Antriebsleistung und bedingt einen konstruktiven hohen Aufwand. Der Hochbehälter arbeitet energetisch günstig, da keine zusätzliche Antriebsleistung erforderlich ist, jedoch haben sich in der Praxis Situationen ergeben, in denen der gewünschte Füllungsgrad des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung nicht mit der gewünschten Präzision eingestellt werden konnte, sodass das von der hydrodynamischen Kupplung übertragene Drehmoment beziehungsweise die von der hydrodynamischen Kupplung übertragene Antriebsleistung nicht dem durch eine Drehmomentsteuerung beziehungsweise Leistungssteuerung vorgegebenen Sollwert entsprach.In practice, it has now been found that both mentioned solutions - filling pump and high tank - have disadvantages. Although the filling pump works reliably in every conceivable situation, it requires additional drive power and requires a constructive high outlay. The elevated tank works energetically favorable, since no additional drive power is required, but in practice situations have emerged in which the desired degree of filling of the working space of the hydrodynamic coupling could not be adjusted with the desired precision, so that transmitted from the hydrodynamic coupling torque or the drive power transmitted by the hydrodynamic clutch did not correspond to the desired value specified by a torque control or power control.

Eine solche Abweichung des Ist-Wertes der Leistungsübertragung vom Soll-Wert der Leistungsübertragung kann je nach Anwendungsfall der hydrodynamischen Kupplung weitere ungünstige Folgen nach sich ziehen. Wenn die hydrodynamische Kupplung beispielsweise, wie dies gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich ist, in einer Triebverbindung zwischen einem Antriebsmotor und einem Lüfterrad eingesetzt wird, um einen Kühlluftstrom zu erzeugen, der dann eine Vorrichtung oder ein Medium, insbesondere Gas, kühlt, so führt die unerwünschte Leistungsabweichung möglicherweise zu einer nicht ausreichenden Kühlleistung und damit einem unzulässigen Temperaturanstieg.Such a deviation of the actual value of the power transmission from the nominal value of the power transmission can entail further unfavorable consequences depending on the application of the hydrodynamic coupling. When, for example, the hydrodynamic coupling is used in a drive connection between a drive motor and a fan wheel, as is possible according to an embodiment of the present invention, in order to generate a cooling air flow, which then cools a device or a medium, in particular gas the unwanted power deviation may lead to insufficient cooling capacity and thus an inadmissible increase in temperature.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung anzugeben, welche bei dem genannten Problem Abhilfe schafft. Die hydrodynamische Kupplung soll dabei energetisch genauso oder annähernd günstig wie die gattungsgemäße Kupplung mit Hochbehälter als Vorratsraum arbeiten und zugleich so zuverlässig, wie die hydrodynamische Kupplung mit Füllpumpe. Ferner soll der konstruktive Aufwand gering gehalten werden.The present invention has for its object to provide a hydrodynamic coupling, which provides relief in the above problem. The hydrodynamic coupling should energetically work as well or nearly as cheap as the generic coupling with high tank as a reservoir and at the same time as reliable as the hydrodynamic coupling with filling pump. Furthermore, the design effort should be kept low.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Gestaltungen der Erfindung angegeben.The object of the invention is achieved by a hydrodynamic coupling with the features of claim 1. In the dependent claims advantageous and particularly expedient embodiments of the invention are given.

Die erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsraum, welcher, wie eingangs dargelegt, über eine arbeitsmediumleitende Verbindung außerhalb des Arbeitsraumes am geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen ist und zur Aufnahme des aus dem Arbeitsraum austretenden Arbeitsmediums beziehungsweise zum Ausgleich des in den Arbeitsraum eintretenden Arbeitsmediums dient, als gegenüber der Umgebung druckdicht abgeschlossener Raum mit einem Steuerdruckanschluss ausgeführt ist, um zur verdrängenden Beaufschlagung des Arbeitsmediums im Vorratsraum einen Steuerdruck in den Vorratsraum einleiten zu können.The hydrodynamic coupling according to the invention is characterized in that the storage space, which, as stated above, is connected to the closed working medium circuit via a working medium-conducting connection outside the working space and serves to receive the working medium emerging from the working space or to compensate for the working medium entering the working space, as compared with the environment pressure-tight closed space is designed with a control pressure port to initiate the displacing admission of the working fluid in the reservoir a control pressure in the pantry can.

Der Steuerdruckanschluss kann derart im Vorratsraum münden, dass das über den Steuerdruckanschluss in den Vorratsraum eingeleitete Steuerdruckmedium in einen unmittelbaren Kontakt mit dem Arbeitsmediumspiegel gelangt. Ein solcher Arbeitsmediumspiegel trennt das flüssige Arbeitsmedium, beispielsweise Öl oder Wasser, von einem Luftraum oder Gasraum oberhalb des Arbeitsmediums. Um einen Kontakt des Steuerdruckmediums mit dem Arbeitsmedium zu vermeiden, kann auch eine flexible oder verschiebbare Begrenzung, beispielsweise eine Membran oder ein Kolben, zwischen dem Steuerdruckanschluss und dem Arbeitsmedium vorgesehen sein und den Steuerdruckanschluss steuerdruckmediumdicht beziehungsweise arbeitsmediumdicht vom Arbeitsmedium trennen.The control pressure connection can open in the storage space such that the control pressure medium introduced into the storage space via the control pressure connection comes into direct contact with the working medium level. Such a working medium level separates the liquid working medium, for example oil or water, from an air space or gas space above the working medium. In order to avoid contact of the control pressure medium with the working fluid, a flexible or displaceable boundary, such as a membrane or a piston, between the control pressure port and the working fluid may be provided and the control pressure connection taxdruckmediumdicht or work medium sealed separate from the working fluid.

Als Steuerdruckmedium kommt insbesondere Luft oder ein anderes Gas als Luft in Betracht. Bei einem besonderen Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung kann diese dem Antrieb eines Lüfterrades dienen, das ein Medium, insbesondere ein anderes Gas als Luft, durch Erzeugen eines Kühlluftstromes unmittelbar oder mittelbar kühlt, und dieses Medium kann zugleich als Steuerdruckmedium verwendet werden.As a control pressure medium is in particular air or other gas than air into consideration. In a particular application of the hydrodynamic coupling according to the invention, this can serve to drive a fan wheel, which directly or indirectly cools a medium, in particular a gas other than air, by generating a cooling air flow, and this medium can also be used as a control pressure medium.

Von Vorteil ist es, wenn der Vorratsraum als Ringraum ausgeführt ist, der sich innerhalb der hydrodynamischen Kupplung, insbesondere innerhalb eines die hydrodynamische Kupplung umschließenden Gehäuses, radial außerhalb des Arbeitsraumes der hydrodynamischen Kupplung um den Arbeitsraum herum erstreckt. Insbesondere bei einer derartigen Anordnung des Vorratsraumes kann dieser als stationärer Raum ausgeführt sein und durch eine stationäre Trennwand vom Pumpenrad und Turbinenrad abgetrennt sein, um eine Verwirbelung des Arbeitsmediums und/oder Steuerdruckmediums im Vorratsraum durch die umlaufenden Bauteile des Pumpenrades oder Turbinenrades zu verhindern.It is advantageous if the reservoir is designed as an annular space, which extends within the hydrodynamic coupling, in particular within a housing enclosing the hydrodynamic clutch, radially outside the working space of the hydrodynamic coupling to the working space around. In particular, in such an arrangement of the storage space this can be designed as a stationary room and separated by a stationary partition wall of the impeller and turbine to prevent turbulence of the working medium and / or control pressure medium in the storage space by the rotating components of the impeller or turbine wheel.

Wenn die hydrodynamische Kupplung von einem Gehäuse umschlossen wird, kann dieses Gehäuse zwei sich gegenüberliegende Stirnseiten aufweisen, die durch eine Umfangswand miteinander verbunden sind. Durch die erste Stirnseite ist insbesondere der Antrieb für das Pumpenrad und durch die zweite Stirnseite insbesondere der Abtrieb des Turbinenrades geführt.If the hydrodynamic coupling is enclosed by a housing, this housing can have two opposite end faces which are interconnected by a peripheral wall. In particular, the drive for the impeller and through the second end face, in particular the output of the turbine wheel, is guided through the first end face.

Von Vorteil ist es, wenn in der ersten Stirnseite und/oder der zweiten Stirnseite eine Vielzahl von arbeitsmediumführenden Kanälen integriert sind und/oder solche Kanäle an der einen oder beiden Stirnseiten, insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zu dieser/diesen verlaufend, angeschlossen sind. Diese arbeitsmediumführenden Kanäle umfassen mindestens einen Arbeitsmediumablauf, der das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraumaustritt in den externen Kreislaufzweig führt, einen Arbeitsmediumzulauf, der das Arbeitsmedium aus dem externen Kreislaufzweig in den Arbeitraumeintritt führt, und die arbeitsmediumleitende Verbindung, mittels welcher der Vorratsraum am geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen ist.It is advantageous if in the first end face and / or the second end face a plurality of working medium-carrying channels are integrated and / or such channels at one or both end sides, in particular parallel or substantially parallel to this / these running, are connected. These working medium-carrying channels comprise at least one working medium drain, which leads the working fluid from the working space outlet into the external circulation branch, a working medium inlet, which leads the working medium from the external circulation branch into the working space inlet, and the working medium-conducting connection, by means of which the storage space is connected to the closed working medium circuit.

Neben den genannten Verbindungen ist vorteilhaft ein Bypass, angeschlossen am oder integriert in einer der beiden Stirnseiten vorgesehen, welcher den Arbeitsmediumablauf hinsichtlich der Strömung des Arbeitsmediums parallel zu der arbeitsmediumleitenden Verbindung, über welche der Vorratsraum am geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen ist, mit dem Arbeitsmediumzulauf arbeitsmediumleitend verbindet. In dem Bypass kann ein Rückschlagventil angeordnet sein, das eine Arbeitsmediumströmung ausschließlich in Richtung vom Arbeitsmediumablauf zum Arbeitsmediumzulauf ermöglicht.In addition to the compounds mentioned a bypass is advantageously provided, connected to or integrated in one of the two end faces, which connects the Arbeitsmediumablauf with respect to the flow of the working medium parallel to the Arbeitsmediumleitenden connection, via which the storage space is connected to the closed working medium circuit with the working medium inlet Arbeitsmediumleitend. In the bypass, a check valve may be arranged, which allows a working medium flow exclusively in the direction of the working medium flow to the working medium inlet.

Im externen Kreislaufzweig, der insbesondere teilweise oder vollständig außerhalb des Gehäuses der hydrodynamischen Kupplung positioniert ist, ist vorteilhaft ein Wärmetauscher zum Kühlen des Arbeitsmediums angeordnet.In the external circuit branch, which is in particular partially or completely positioned outside the housing of the hydrodynamic coupling, a heat exchanger for cooling the working medium is advantageously arranged.

Wenn die hydrodynamische Kupplung einen mit dem Arbeitsraum in arbeitsmediumleitender Verbindung stehenden Nebenraum aufweist, ist dieser vorteilhaft axial neben dem Arbeitsraum und radial innerhalb des Vorratsraumes positioniert. Der Nebenraum kann dazu dienen, aus dem Arbeitsraum ausströmendes Arbeitsmedium, beispielsweise über den Trennspalt zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad ausströmendes Arbeitsmedium aufzunehmen. Aus dem Nebenraum kann dann das Arbeitsmedium, insbesondere mittels einer Staudruckpumpe zurück in den Vorratsraum gefördert werden. Somit ergibt sich der Vorteil, dass der Nebenraum als nicht umlaufender Raum ausgeführt sein kann, sodass das Einbringen der Mündung einer Staudruckpumpe vereinfacht ist. Der Nebenraum kann auch mit einer Schälkante versehen sein, um das Arbeitsmedium in den Bereich vor der Mündung der Staudruckpumpe zu bringen. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungen möglich, um das Arbeitsmedium aus dem Nebenraum in den Vorratsraum zu fördern, beispielsweise mit einem insbesondere in Radialrichtung verstellbaren Schöpfrohr.If the hydrodynamic coupling has a side space standing in working medium-conducting connection with the working space, this is advantageously positioned axially next to the working space and radially inside the storage space. The adjoining room can serve for working medium flowing out of the working space, for example working medium flowing out via the separating gap between the impeller and the turbine wheel take. From the next room then the working medium, in particular by means of a dynamic pressure pump can be promoted back into the storage room. Thus, there is the advantage that the adjacent room can be designed as a non-circumferential space, so that the introduction of the mouth of a dynamic pressure pump is simplified. The adjoining space can also be provided with a peeling edge to bring the working fluid into the area in front of the mouth of the dynamic pressure pump. Of course, other embodiments are possible to promote the working fluid from the adjacent room in the storage room, for example, with a particular adjustable in the radial direction scoop.

Insbesondere wenn als Steuerdruckmedium ein Gas verwendet wird, ist es günstig, wenn der Arbeitsmediumzulauf eine Querschnittserweiterung, insbesondere eine stufenartige beziehungsweise sprunghafte Querschnittserweiterung aufweist, um das Arbeitsmedium an dieser Querschnittserweiterung zu expandieren, vorteilhaft bis auf atmosphärischen Druck. Hierdurch kann erreicht werden, dass zum einen eine Geschwindigkeitsreduzierung des Arbeitsmediums im Zulauf erfolgt, was Verlustleistungen reduziert, und dass möglicherweise in dem Vorratsraum durch das Arbeitsmedium aufgenommenes Steuerdruckmedium entgast, bevor es in den Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung und/oder in den Bereich der umlaufenden Bauteile eintritt.In particular, when a gas is used as the control pressure medium, it is favorable if the working medium inlet has a cross-sectional widening, in particular a step-like or sudden cross-sectional widening, in order to expand the working medium at this cross-sectional widening, advantageously down to atmospheric pressure. This can be achieved, on the one hand, a speed reduction of the working medium in the inlet, which reduces power losses, and that may be degassed in the reservoir by the working fluid recorded control pressure medium, before it in the working space of the hydrodynamic coupling and / or in the region of the rotating components entry.

Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.The invention will now be described by way of example with reference to an embodiment and the figures.

Es zeigen:Show it:

1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgeführte hydrodynamische Kupplung; 1 an axial section through an inventively designed hydrodynamic coupling;

2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der 1. 2 a section along the line AA the 1 ,

In der 1 ist ein Axialschnitt durch die hydrodynamische Kupplung, geführt durch die Drehachse 25 derselben gezeigt. Sowohl das Pumpenrad 1 als auch das Turbinenrad 2 laufen über der Drehachse 25 um. Das Pumpenrad 1 wird über einen Antrieb 15, vorliegend in Form einer Antriebswelle, die eine Riemenscheibe trägt, angetrieben. Das Turbinenrad 2 treibt einen Abtrieb 16 an, vorliegend in Form einer Abtriebswelle, die eine Riemenscheibe trägt.In the 1 is an axial section through the hydrodynamic coupling, guided by the axis of rotation 25 same shown. Both the impeller 1 as well as the turbine wheel 2 run over the axis of rotation 25 around. The impeller 1 is about a drive 15 , in the present case in the form of a drive shaft which carries a pulley driven. The turbine wheel 2 drives a downforce 16 in the present case in the form of an output shaft which carries a pulley.

Das Pumpenrad 1 und das Turbinenrad 2 schließen gemeinsam einen torusförmigen Arbeitsraum 3 ein, in dem sich durch den Antrieb des Pumpenrads 1 eine hydrodynamische Kreislaufströmung ausbildet, mittels welcher Antriebsleistung vom Pumpenrad 1 auf das Turbinenrad 2 übertragen wird. Der Füllungsgrad des Arbeitsraumes 3 mit Arbeitsmedium, das die Kreislaufströmung ausbildet, ist variierbar. Zum Ausgleich ist ein Vorratsraum 8 vorgesehen, der als stationärer Raum ausgeführt ist, wobei sämtliche Begrenzungswände des Vorratsraumes 8 nicht umlaufen, und der den Arbeitsraum 3 beziehungsweise das Pumpenrad 1 und das Turbinenrad 2 in Umfangsrichtung umschließt.The impeller 1 and the turbine wheel 2 together close a toroidal working space 3 one in which is due to the drive of the impeller 1 forms a hydrodynamic circulation flow, by means of which drive power from the impeller 1 on the turbine wheel 2 is transmitted. The degree of filling of the working space 3 with working medium, which forms the circulation flow, can be varied. To compensate is a pantry 8th provided, which is designed as a stationary room, with all the boundary walls of the storage space 8th do not run, and the work space 3 or the impeller 1 and the turbine wheel 2 encloses in the circumferential direction.

In arbeitsmediumleitender Verbindung mit dem Arbeitsraum 3 steht ein Nebenraum 22, der vorliegend im Wesentlichen auf demselben Durchmesser wie der Arbeitsraum 3 innerhalb der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist und sich auf einer axialen Seite oder beiden axialen Seiten des Arbeitsraumes 3 erstreckt. In den Nebenraum 22 ragt eine Staudruckpumpe 23, deren Mündung entgegen der Drehrichtung des Pumpenrads 1 und des Turbinenrads 2 gerichtet ist, sodass im Nebenraum 22 befindliches Arbeitsmedium mittels eines sich vor der Mündung ausbildenden Staudruckes in das Rohr der Staudruckpumpe 23 eingeleitet wird.In working medium-conducting connection with the work space 3 is an adjoining room 22 , Which in this case substantially the same diameter as the working space 3 is disposed within the hydrodynamic coupling and located on one axial side or both axial sides of the working space 3 extends. In the next room 22 protrudes a dynamic pressure pump 23 , whose mouth counter to the direction of rotation of the impeller 1 and the turbine wheel 2 is directed, so in the next room 22 located working fluid by means of a forming in front of the mouth back pressure in the tube of the dynamic pressure pump 23 is initiated.

Aus der Staudruckpumpe 23 strömt das Arbeitsmedium weiter zu einem Arbeitsraumaustritt 5, der in einer Stirnseite, vorliegend der zweiten Stirnseite 13, durch welche der Abtrieb 16 geführt ist, integriert ist. Der Arbeitsraumaustritt 5 ist demnach nicht unmittelbar an der Schnittstelle zwischen dem Arbeitsraum 3 und des diesen umgebenden Bauraumes angeordnet, sondern sozusagen in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hinter dem Nebenraum 22. Man könnte den Arbeitsraum 3 zusammen mit dem Nebenraum 22 auch als erweiterten Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung bezeichnen.From the dynamic pressure pump 23 the working fluid continues to flow to a workspace outlet 5 , in one end face, in this case the second end face 13 through which the downforce 16 is guided, is integrated. The workspace outlet 5 is therefore not directly at the interface between the workspace 3 and of the surrounding space arranged, but as it were in the flow direction of the working medium behind the adjacent room 22 , You could use the workspace 3 together with the next room 22 also designate as extended working space of the hydrodynamic coupling.

Die in der 1 gezeigte hydrodynamische Kupplung weist ein Gehäuse 11 auf, das die erste Stirnseite 12, durch welche der Antrieb 15 geführt ist, die zweite Stirnseite 13, sowie eine die beiden Stirnseiten 12, 13 verbindende Umfangswand 14 umfasst. Vorliegend ist die Umfangswand 14 einteilig mit der zweiten Stirnseite 13 ausgeführt, und die erste Stirnseite 12 ist stirnseitig an der Umfangwand 14 angeschraubt.The in the 1 shown hydrodynamic coupling has a housing 11 on, this is the first front page 12 through which the drive 15 is guided, the second end face 13 , as well as the two end faces 12 . 13 connecting peripheral wall 14 includes. In the present case is the peripheral wall 14 in one piece with the second end face 13 executed, and the first end face 12 is frontally on the peripheral wall 14 screwed.

Die das Pumpenrad 1 tragende Welle und die das Turbinenrad 2 tragende Welle sind jeweils in zwei Lagern 26 gelagert, welche vorteilhaft mit dem Arbeitsmedium geschmiert und/oder gekühlt werden. Zur Abdichtung des Innenraums des Gehäuses 14 an der Antriebswelle beziehungsweise der Abtriebswelle gegenüber die Umgebung sind Dichtringe beziehungsweise Dichtungen 27 vorgesehen. Dabei können Maßnahmen, insbesondere in Form von Expansionsräumen, getroffen sein, dass das Arbeitsmedium in den Lagerungen 26 entspannt wird, sodass in ihm enthaltenes Gas, das als Steuerdruckmedium verwendet wird, über die Dichtungen 27 an die Umgebung entgasen kann.The impeller 1 supporting shaft and the turbine wheel 2 bearing wave are each in two camps 26 stored, which are advantageously lubricated with the working fluid and / or cooled. For sealing the interior of the housing 14 on the drive shaft or the output shaft with respect to the environment are sealing rings or seals 27 intended. In this case, measures, in particular in the form of expansion spaces, be made that the working fluid in the bearings 26 is relaxed, so that it contained gas as the control pressure medium is used over the seals 27 can degas to the environment.

Im Gehäuse 11 der hydrodynamischen Kupplung ist ein Steuerdruckanschluss 10 vorgesehen, der im Vorratsraum 8 mündet, sodass ein Steuerdruckmedium über den Steuerdruckanschluss 10 (oder eine Vielzahl hiervon) in den Vorratsraum 8 eingeleitet werden kann, um das Arbeitsmedium, das sich im Vorratsraum 8 befindet, mehr oder minder zu verdrängen, je nach Höhe des Steuerdruckes des Steuerdruckmediums. Das verdrängte Arbeitsmedium strömt über eine arbeitsmediumleitende Verbindung 9, die nachfolgend mit Bezug auf die 2 beschrieben wird, in den geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf 4 (siehe ebenfalls die 2) und von dort über den Arbeitsraumeintritt 7 in den Arbeitsraum 3, beispielsweise über zwischen dem Arbeitsraumeintritt 7 und dem Arbeitsraum 3 vorgesehene Füllbohrungen.In the case 11 the hydrodynamic coupling is a pilot pressure port 10 provided in the pantry 8th opens, so that a control pressure medium via the control pressure port 10 (or a variety of them) in the pantry 8th can be initiated to the working fluid, which is in the pantry 8th is to displace more or less, depending on the level of the control pressure of the control pressure medium. The displaced working fluid flows through a working medium conductive connection 9 , which below with reference to the 2 is described in the closed working medium circuit 4 (see also the 2 ) and from there via the workspace entrance 7 in the workroom 3 , for example, between between the workspace entry 7 and the workroom 3 provided filling holes.

Wie man sieht, ist der Arbeitsraumeintritt 7 entsprechend dem Arbeitsraumaustritt 5 an der Schnittstelle des erweiterten Arbeitsraumes, das heißt in Strömungsrichtung vor dem Nebenraum 22 positioniert, wobei auch eine direkte Verbindung zwischen dem Arbeitsraumeintritt 7 und dem Arbeitsraum 3 vorbei am Nebenraum 22 vorgesehen sein könnte.As you can see, the workspace entry 7 according to the workspace exit 5 at the interface of the extended working space, ie in the flow direction in front of the adjoining room 22 whereby there is also a direct connection between the working space 7 and the workroom 3 past the adjoining room 22 could be provided.

In der 2 erkennt man nun die arbeitsmediumführenden Kanäle, die in der zweiten Stirnseite 13 integriert sind, in einer geschnittenen Darstellung. Die der Darstellung in der 1 entsprechenden Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass auf eine Erläuterung im Einzelnen verzichtet werden kann. Der Pfeil zeigt die Drehrichtung der Schaufelräder (Pumpenrad 1 und Turbinenrad 2) der hydrodynamischen Kupplung an.In the 2 Now you can see the working medium leading channels, in the second end face 13 are integrated, in a cut representation. The representation in the 1 corresponding elements are provided with the same reference numerals, so that an explanation in detail can be dispensed with. The arrow shows the direction of rotation of the paddle wheels (impeller 1 and turbine wheel 2 ) of the hydrodynamic coupling.

Im Einzelnen erkennt man in der 2 den Arbeitsraumaustritt 5 in Strömungsrichtung hinter der Staudruckpumpe 23, sowie den Arbeitsraumeintritt 7. Aus dem Arbeitsraumaustritt 5 strömt das Arbeitsmedium über einen Arbeitsmediumablauf 17 in den externen Kreislaufzweig 6, in welchem ein Wärmetauscher 21 zum Kühlen des Arbeitsmediums angeordnet ist. In der Regel wird der Wärmetauscher 21 von dem Arbeitsmedium durchströmt. Aus dem externen Kreislaufzweig 6 strömt das Arbeitsmedium über einen Arbeitsmediumzulauf 18 in den Arbeitsraumeintritt 7. Vorliegend ist im Arbeitsmediumzulauf 18 eine Blende 28 angeordnet, mittels welcher eine Drosselung des Arbeitsmediumstroms erzielt wird. In Strömungsrichtung hinter der Blende 28 ist dann unmittelbar vor dem Arbeitsraumeintritt 7 eine Querschnittserweiterung 24 des Arbeitsmediumzulaufes 18 vorgesehen, welche eine Expansion des Arbeitsmediums bis auf atmosphärischen Druck im Arbeitsraumeintritt 7 bewirkt, wodurch im Arbeitsmedium enthaltenes Gas, insbesondere das Steuerdruckmedium aus dem Arbeitsmedium entgast wird.In detail one recognizes in the 2 the workspace outlet 5 in flow direction behind the dynamic pressure pump 23 , as well as the workspace entry 7 , From the workroom exit 5 the working fluid flows through a working medium drain 17 in the external circuit branch 6 in which a heat exchanger 21 for cooling the working medium is arranged. In general, the heat exchanger 21 flows through the working medium. From the external circulation branch 6 the working fluid flows over a working medium inlet 18 in the workroom entry 7 , Present is in the working medium inlet 18 a panel 28 arranged, by means of which a throttling of the working medium flow is achieved. In the flow direction behind the panel 28 is then immediately before the workspace entry 7 a cross-sectional extension 24 the working medium inlet 18 provided, which is an expansion of the working medium to atmospheric pressure in the working space 7 causes, which is degassed in the working medium contained gas, in particular the control pressure medium from the working medium.

Die arbeitsmediumführenden Leitungen beziehungsweise die arbeitsmediumführenden Kanäle in dem Gehäuse 11 bilden demnach einen geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf von dem Arbeitsraumaustritt 5, über den Arbeitsmediumablauf 17, den externen Kreislaufzweig 6, den Arbeitsmediumzulauf 18 und den Arbeitsraumeintritt 7 zurück in den Arbeitsraum und von dort erneut zum Arbeitsraumaustritt 5.The working medium-carrying lines or the working medium-carrying channels in the housing 11 thus form a closed working medium circuit of the working space outlet 5 , about the working fluid flow 17 , the external circuit branch 6 , the working fluid inlet 18 and the workspace entry 7 back to the workroom and from there again to the workspace exit 5 ,

Der in der 1 gezeigte Vorratsraum 8 ist über die in der 2 geschnitten dargestellte arbeitsmediumleitende Verbindung 9 mit dem geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf 4 verbunden. Vorliegend mündet die arbeitsmediumleitende Verbindung 9 in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums vor der Blende 28 im geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf 4. Von Vorteil ist es, wenn die arbeitsmediumleitende Verbindung 9 die einzige arbeitsmediumleitende Verbindung zwischen dem Vorratsraum 8 und dem geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf 4 ist. In diesem Fall strömt bei einer Druckerhöhung im Vorratsraum 8 durch Einbringen von Steuerdruckmedium über den Steuerdruckanschluss 10 Arbeitsmedium aus dem Vorratsraum 8 durch die arbeitsmediumleitende Verbindung 9 in den geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf 4 außerhalb des Arbeitsraumes 3, und bei einer entsprechenden Druckminderung im Vorratsraum 8 strömt Arbeitsmedium aus dem geschlossenen Arbeitsmediumkreislauf 4 außerhalb des Arbeitsraumes 3 über die arbeitsmediumleitende Verbindung 9 zurück in den Vorratsraum 8, siehe den Doppelpfeil 29. Eine Entlüftung des Vorratsraumes 8 zur Druckminderung in diesem kann entweder über den Steuerdruckanschluss 10 oder wenigstens einen zusätzlichen Entlüftungsanschluss beziehungsweise Entlüftungsleitung erfolgen.The Indian 1 shown storage room 8th is about in the 2 cut illustrated working medium conductive compound 9 with the closed working medium circuit 4 connected. In the present case, the working medium-conducting compound opens 9 in the flow direction of the working medium in front of the panel 28 in the closed working medium circuit 4 , It is advantageous if the working medium-conducting compound 9 the only work medium conducting connection between the storeroom 8th and the closed working medium circuit 4 is. In this case, flows in an increase in pressure in the reservoir 8th by introducing control pressure medium via the control pressure port 10 Working medium from the storage room 8th through the working medium conducting connection 9 in the closed working medium circuit 4 outside the workroom 3 , and at a corresponding pressure reduction in the storage room 8th flows working fluid from the closed working fluid circuit 4 outside the workroom 3 via the working medium conducting connection 9 back to the pantry 8th , see the double arrow 29 , A ventilation of the storage room 8th for pressure reduction in this can either via the control pressure port 10 or at least one additional vent connection or vent line take place.

In Strömungsrichtung des Arbeitsmediums parallel zum Wärmetauscher 21 ist ein Bypass 19 vorgesehen, der ebenfalls als arbeitsmediumführender Kanal im Gehäuse 11, vorliegend der zweiten Stirnseite 13 ausgeführt ist. Der Bypass 19 verbindet den Arbeitsmediumablauf 17 arbeitsmediumleitend mit dem Arbeitsmediumzulauf 18. Um eine Rückströmung von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumzulauf 18 in den Arbeitsmediumablauf 17 zu verhindern, ist im Bypass 19 ein Rückschlagventil 20 vorgesehen.In the flow direction of the working medium parallel to the heat exchanger 21 is a bypass 19 provided, which also serves as a working medium-carrying channel in the housing 11 , in this case the second end face 13 is executed. The bypass 19 connects the working medium drainage 17 Arbeitsmediumleitend with the working medium inlet 18 , To a backflow of working fluid from the working fluid inlet 18 in the working medium flow 17 to prevent is in the bypass 19 a check valve 20 intended.

Um aus dem Nebenraum 22 nicht mittels der Staudruckpumpe 23 abgeschöpftes Arbeitsmedium wieder in den Arbeitsraum 3 strömen zu lassen, ist ein Rücklauf 30 vorgesehen, der vorliegend ebenfalls als arbeitsmediumführender Kanal in dem Gehäuse 11 beziehungsweise hier in der zweiten Stirnseite 13 integriert ist.To get out of the next room 22 not by means of the dynamic pressure pump 23 Skimmed working medium back into the work space 3 to flow is a return 30 provided, the present also as a working medium-carrying channel in the housing 11 or here in the second front page 13 is integrated.

Wenn als Steuerdruckmedium ein anderes Gas als Luft verwendet wird, ist es günstig, wenn Maßnahmen getroffen sind, die eine Konzentration dieses Gases in der hydrodynamischen Kupplung vermindern oder vermeiden. Hierzu können eine Zuluftleitung (nicht dargestellt) und eine Abluftleitung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, welche einen andauernden Luftdurchsatz durch die hydrodynamische Kupplung, insbesondere deren Arbeitsraum 3 und/oder den Nebenraum 22 bewirken, um eingetragenes gasförmiges Steuerdruckmedium, das beispielsweise ein Erdgas oder Methangas ist, auszutreiben und die Bildung eines zündfähigen Gemisches zu vermeiden. Alternativ kann auch eine gezielte Verdrängung von sauerstoffhaltiger Luft aus der hydrodynamischen Kupplung durch gezieltes Einleiten des Steuerdruckmediums vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist hierzu eine Entlüftungsleitung des Vorratsraumes an der hydrodynamischen Kupplung, insbesondere deren Arbeitsraum, angeschlossen, sodass das aus dem Vorratsraum entlüftete Steuerdruckmedium in die hydrodynamische Kupplung eingeleitet wird und über eine Abluftleitung entweicht. Wenn in der Abluftleitung ein Überdruckventil, insbesondere Rückschlagventil, oder sonstiges Drosselorgan vorgesehen ist, um einen Überdruck des entlüfteten Bereichs der hydrodynamischen Kupplung sicherzustellen, kann keine Luft durch eine undichte Stelle oder die Abluftleitung ungewollt in die hydrodynamische Kupplung eindringen, und die Gefahr der Bildung eines zündfähigen Gemischs wird vermindert. If a gas other than air is used as the control pressure medium, it is favorable if measures are taken which reduce or avoid a concentration of this gas in the hydrodynamic coupling. For this purpose, an air supply line (not shown) and an exhaust air line (not shown) may be provided which a continuous air flow through the hydrodynamic coupling, in particular the working space 3 and / or the adjoining room 22 cause to expel registered gaseous control pressure medium, which is for example a natural gas or methane gas, and to avoid the formation of an ignitable mixture. Alternatively, a targeted displacement of oxygen-containing air from the hydrodynamic coupling may be provided by targeted introduction of the control pressure medium. For this purpose, a vent line of the storage space on the hydrodynamic coupling, in particular its working space, is particularly advantageous, so that the control pressure medium vented from the storage space is introduced into the hydrodynamic coupling and escapes via an exhaust air line. If a pressure relief valve, in particular check valve, or other throttle body is provided in the exhaust pipe to ensure an overpressure of the vented portion of the hydrodynamic coupling, no air through a leak or the exhaust pipe can inadvertently penetrate into the hydrodynamic coupling, and the risk of formation of a ignitable mixture is reduced.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19707172 C1 [0002, 0005]

Claims

Hydrodynamic coupling 1.1 with a pump wheel ( 1 ) and a turbine wheel ( 2 ), which together form a toroidal working space which can be filled with working medium ( 3 ) train; 1.2 with a closed working medium circuit ( 4 ) extending from the workspace ( 3 ) via a workspace exit ( 5 ), an external circuit branch ( 6 ) and a workspace entry ( 7 ) back to the working room ( 3 ) extends; 1.3 with one outside the workspace ( 3 ) and outside the closed working medium circuit ( 4 ) positioned storage space ( 8th ), for receiving from the work space ( 3 ) to reduce the degree of filling of the working space ( 3 ) discharged working medium, which via a working medium-conducting connection ( 9 ) outside the workroom ( 3 ) on the closed working medium circuit ( 4 ) connected; characterized in that 1.4 the storage space ( 8th ) as compared to the environment pressure-sealed space with a control pressure port ( 10 ) for displacing the working medium in the storage room ( 8th ) is executed with a control pressure.

Hydrodynamic coupling according to claim 1, characterized in that the storage space ( 8th ) is designed as an annular space, which is located within the hydrodynamic coupling radially outside the working space ( 3 ) extends around it.

Hydrodynamic coupling according to claim 2, characterized in that the storage space ( 8th ) is designed as a stationary room and in particular by a stationary partition wall of the impeller ( 1 ) and the turbine wheel ( 2 ) is separated.

Hydrodynamic coupling according to one of claims 2 or 3, characterized in that the hydrodynamic coupling of a housing ( 11 ), comprising two opposite end faces ( 12 . 13 ) passing through a peripheral wall ( 14 ) are interconnected, wherein by the first end face ( 12 ) in particular the drive ( 15 ) for the impeller ( 1 ) and through the second end face ( 13 ) in particular the output ( 16 ) of the turbine wheel ( 2 ) are guided, and a plurality of working medium-carrying channels in the housing ( 11 ), in particular on the first end face ( 12 ) or the second end face ( 13 ) are integrated or connected to it, comprising a working medium drain ( 17 ), which exits the working medium from the working space ( 5 ) in the external circuit branch ( 6 ), a working medium feed ( 18 ), the working medium from the external circulation branch ( 6 ) into the workspace entrance ( 7 ), and the working medium conducting compound ( 9 ), by means of which the storage space ( 8th ) on the closed working medium circuit ( 4 ) connected.

Hydrodynamic coupling according to claim 4, characterized in that the plurality of in the housing ( 11 integrated or connected to this channel also a bypass ( 19 ) comprising the working medium drain ( 17 ) parallel to the working medium conducting connection ( 9 ) with the working medium inlet ( 18 ) connects working medium conducting, wherein in the bypass ( 19 ) in particular a check valve ( 20 ) is arranged, the a working medium flow exclusively in the direction of the working medium flow ( 17 ) to the working medium inlet ( 18 ).

Hydrodynamic coupling according to one of claims 4 or 5, characterized in that in the external circuit branch ( 2 ), in particular partially or completely outside the housing ( 11 ) of the hydrodynamic coupling is guided, a heat exchanger ( 21 ) is arranged for cooling the working medium.

Hydrodynamic coupling according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hydrodynamic coupling one with the working space ( 3 ) in Nebenmedium working medium connection ( 22 ), which in particular axially adjacent to the working space ( 3 ) and radially inside the storage space ( 8th ), and the adjoining room ( 22 ) with the storage room ( 8th ) is connected working medium, so that from the work space ( 3 ) in the next room ( 22 ) flowed working medium back into the storage room ( 8th ), in particular by means of a dynamic pressure pump ( 23 ), which are in the next room ( 22 protrudes.

Hydrodynamic coupling according to one of claims 4 to 7, characterized in that the working medium inlet ( 18 ) a cross-sectional extension ( 24 ), in particular sudden cross-sectional widening ( 24 ) to expand the working fluid, in particular to an atmospheric pressure.

Hydrodynamic coupling according to one of claims 1 to 8, characterized in that the storage space ( 8th ) has a vent line in the environment or in the hydrodynamic coupling, in particular in the working space ( 3 ) or adjoining room ( 22 ) thereof flows out of the storeroom ( 8th ) remove vented control pressure medium.

Hydrodynamic coupling according to claim 9, characterized in that the vent line in the hydrodynamic coupling, in particular their working space ( 3 ) or adjoining room ( 22 ), and at the hydrodynamic coupling, in particular its working space ( 3 ) or adjoining room ( 22 ) an exhaust air line with a pressure relief valve or throttle body is connected, via which the from the storage room ( 8th ) vented control pressure medium while maintaining an overpressure in the vented Rereicht the hydrodynamic coupling is discharged to the environment.